JP6471684B2

JP6471684B2 - 硬さ試験機

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Publication number: JP6471684B2
Application number: JP2015248483A
Authority: JP
Inventors: 和裕松下
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2035-12-21
Also published as: JP2017116270A

Description

この発明は、圧子の降下する様子を観察する観察機構を備えた硬さ試験機に関する。

材料の硬さを評価するための試験として、ビッカース圧子を使用するビッカース硬さ試験（ＪＩＳＺ２２４４）や、ヌープ圧子を使用するヌープ硬さ試験（ＪＩＳＺ２２５１）がある。この２つの試験は、所定の試験力で圧子を試料に押し込んだときに形成されたくぼみの大きさを測定し、試料の硬さを算出している。このため、このような試験を実行する硬さ試験機は、圧子を試料に押し込む負荷機構や試料表面を観察する光学系などの機構を有している（特許文献１参照）。

また、試験直前および試験中において、くぼみを撮影するカメラを利用して、圧子と試料との状態を側方から観察するための観察用レンズを備える硬さ試験機が提案されている（特許文献２参照）。

特開平９−１５１２８号公報特開２０１１−２４７８４２号公報

ところで、硬さ試験を正確に行うためには、試験片に押し込む圧子を、試料に対して垂直に降下させる必要がある。これは、圧子が傾いた状態で試料に押し込まれると、くぼみにしわが出たりくぼみの形状の対称性がくずれたりして、正しい硬度値を計測できなくなるためである。また、圧子は試料の表面に向けて円滑に降下させる必要もある。これは、例えば、ある位置から圧子が急激に降下して試料に衝突すると、試験力以上の力が試料に加わり、正しい硬度値が計測できないことがあるためである。

一方で、従来は、圧子が垂直かつ円滑に降下しているか否かを、圧子を押し込んだ後のくぼみの形状から間接的に判断していた。圧子が垂直に降下しているかどうかの判断は、例えばビッカース試験の場合、くぼみの対角線比やしわの出方をオペレータの目視による確認によって行っていた。また、圧子が円滑に降下しているかどうかも、例えば、硬さ基準片の硬度値が異常な値を示していないかどうかで判断していた。

しかしながら、圧子が垂直に降下しない、あるいは、円滑に降下しないことの原因には、負荷機構を構成する部品の不具合や硬さ試験機の設置場所の振動といった外的要因等、さまざまな可能性があり、くぼみの形状や硬度値から間接的に圧子の状態を判断するだけでは、原因を特定するまでに時間がかかる。

なお、特許文献２の硬さ試験機は、圧子と試料とを側方から観察し得る構成を備えてはいるが、一方向からの観察では、圧子の傾く方向によっては、目視により傾きを確認することが困難な場合があり、圧子が垂直かつ円滑に降下しているかどうかを判断できるだけの情報を得ることができないという問題がある。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、圧子が試料に対して垂直かつ円滑に降下しているかどうかを容易に確認できる硬さ試験機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、硬さ試験機であって、試料を載置する載置台と、前記載置台を移動させる移動機構と、前記試料の表面にくぼみを形成するための圧子と、前記圧子を前記試料に押し付けるときに前記圧子に試験力を付与する負荷機構と、前記試料の表面を上方から観察するための対物レンズと、前記圧子および前記対物レンズを支持するとともに、前記圧子または前記対物レンズのいずれかを前記試料の表面と対向する位置に移動させる切替部材と、前記圧子と前記試料とを前記圧子の移動方向と交差する側方の少なくとも２方向から撮影する複数の圧子観察用カメラと、前記複数の圧子観察用カメラにより取得した画像を表示するための表示部と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の硬さ試験機において、前記複数の圧子観察用カメラにより、前記圧子と前記試料との少なくとも２方向からの側方の画像から、前記圧子の傾きを算出する傾き算出部と、前記傾き算出部により算出された傾きを前記表示部に表示する表示制御部と、を備える。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載された硬さ試験機において、前記圧子の傾きの許容範囲を入力する入力手段と、前記傾きの許容範囲を記憶する記憶部と、を備え、前記表示制御部は、前記傾き算出部が算出した前記圧子の傾きが、前記記憶部に記憶された前記傾きの許容範囲を超えているか否かを、前記表示部に表示する。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の硬さ試験機において、前記傾き算出部は、画像における前記圧子の輪郭から前記圧子の取付軸の傾きに起因する圧子の傾きを算出する。

請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の硬さ試験機において、前記傾き算出部は、複数の画像における前記圧子の先端付近の所定の位置の移動軌跡から、前記圧子に試験力を負荷する負荷機構の構成部材の傾きに起因する圧子の傾きを算出する。

請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の硬さ試験機において、前記圧子を前記試料の表面に押し付けるときの前記圧子の降下速度を算出する速度算出部を備え、前記表示制御部は、前記速度算出部により算出された前記降下速度を前記表示部に表示する。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の硬さ試験機において、前記降下速度の許容範囲を入力する入力手段と、前記降下速度の許容範囲を記憶する記憶部と、を備え
前記表示制御部は、前記速度算出部が算出した前記圧子の降下速度が、前記記憶部に記憶された前記降下速度の許容範囲を超えているか否かを、前記表示部に表示する。

請求項１から請求項７に記載の発明によれば、圧子の移動方向と交差する側方の少なくとも２方向から撮影する複数の圧子観察用カメラにより取得した画像を表示部に表示して提示することができることから、オペレータは、圧子が垂直かつ円滑に降下しているかどうかを簡便に判別できるようになるとともに、装置の不具合の発見が早くなり、正確な硬さ試験を行うことが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、圧子の傾きを算出する傾き算出部を備え、算出された傾きを表示部に表示することから、オペレータは、圧子が試料に対して垂直に降下しているか否かを定量的に確認することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、傾き算出部が算出した圧子の傾きが、傾きの許容範囲を超えているか否かを、表示部に表示することから、オペレータは、圧子の傾きが許容範囲を超えているか否かを、表示部に表示された内容から直接的かつ定量的に確認することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、圧子の輪郭を示す画像を利用して、圧子の取付軸の傾きに起因する圧子の傾きを算出することができる。

請求項５に記載の発明によれば、圧子の先端が移動する際の軌跡を利用して、圧子に試験力を負荷する負荷機構の構成部材の傾きに起因する圧子の傾きを算出することができる。

請求項６に記載の発明によれば、圧子の降下速度を算出する速度算出部を備えることから、オペレータは、圧子が試料に対して円滑に降下しているか否かを定量的に確認することが可能となる。

請求項７に記載の発明によれば、速度算出部が算出した圧子の降下速度が、降下速度の許容範囲を超えているか否かを、表示部に表示することから、オペレータは、圧子の降下速度が許容範囲をこえているか否かを、表示部に表示された内容から直接的かつ定量的に確認することが可能となる。

この発明に係る硬さ試験機の正面概要図である。この発明に係る硬さ試験機の本体部１の斜視図である。ターレット４０に支持された圧子４１、４７および対物レンズ４２、４３の配置と、圧子観察用カメラ９１、９２の配置を示す説明図である。圧子４１、４７に対して試験力を付与するための負荷機構と、試料１００に形成されたくぼみを観察するための光学系の概要図である。この発明に係る硬さ試験機の主要な制御系を示すブロック図である。表示部５５に表示される圧子降下時の圧子４１の傾きの表示例を示す説明図である。圧子４１の輪郭から圧子４１の傾きを求める場合の説明図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る硬さ試験機の正面図である。また、図２は、この発明に係る硬さ試験機の本体部１の斜視図である。

この硬さ試験機は、本体部１に液晶ディスプレイなどの表示装置である表示部５５を有するパーソナルコンピュータ５０が接続された構成を有する。本体部１は、試料１００を載置するための載置台３２と、載置台３２の移動機構および入力表示部３９等から成る載置部５２と、圧子４１、対物レンズ４２、４３、ターレット４０および接眼レンズ３６等から成るくぼみ観察部５１と、載置部５２とくぼみ観察部５１を接続する接続部５３とにより構成されている。この接続部５３は、図２に示すように、側面視において略Ｃ型の形状を有する。そして、この接続部５３には、開口部５４が形成されている。

この載置部５２は、テーブル３１の上部に配設された、試料１００を載置するための載置台３２を備える。載置台３２は、試料１００をＸ方向（図１における左右方向）およびＹ方向（図１における紙面に垂直な方向）に移動させるためのものである。この載置台３２には、試料１００をＸ方向に移動させるためのマイクロメータ式のツマミ３３と、試料１００をＹ方向に移動させるためのマイクロメータ式のツマミ３４とが付設されている。この載置台３２はツマミ３３、３４を操作することにより移動する手動式のＸＹステージである。なお、載置台３２は電動式のＸＹステージであってもよい。また、載置台３２は、昇降ハンドル３５の作用により昇降する構成となっている。

テーブル３１の正面には、入力表示部３９が配設されている。この入力表示部３９は、タッチパネル式の液晶表示パネルから構成され、各種データを入力するための入力キーを表示するとともに、試験条件や計測結果などの各種データを表示する。この入力表示部３９は、入力手段および表示手段として機能する。

また、くぼみ観察部５１は、試料１００の表面の拡大画像を目視により観察するための接眼レンズ３６と、試料１００の表面の拡大画像を表示部５５に表示させるための表面観察用カメラ３７を備える。この接眼レンズ３６の側方には、接眼レンズ３６を利用して試料１００を観察する際に、ゲージを移動させるために使用される一対のツマミ３８が配設されている。表面観察用カメラ３７は撮影した試料１００の表面をデジタル画像データとして表示部５５に出力する。

さらに、くぼみ観察部５１は、試料１００に一定の試験力で押し込まれる圧子４１、４７と、これらの圧子４１、４７に対して試験力を付与するための負荷機構と、複数の対物レンズ４２、４３と、これらの圧子４１および対物レンズ４２、４３等を支持して回転するターレット４０（図１参照）とを備える。このターレット４０は、ツマミ４６を操作することにより、鉛直方向を向く回転軸Ｃを中心に回転する。

上述した圧子４１は、例えば、試料１００に対してビッカース硬さ試験を実行するためのビッカース圧子であり、その先端は底辺が正方形の四角錐形状となっている。一方、上述した圧子４７は、例えば、試料１００に対してヌープ硬さ試験を実行するためのヌープ圧子であり、その先端は底辺が菱形の四角錐形状となっている。圧子４１と圧子４７の形状は上述と反対でもよい。なお、この硬さ試験機では、圧子４１、４７をその先端が球形のブリネル硬さ試験用のブリネル圧子に変更することも可能である。

本体部１は、圧子４１を側方から観察するための２個の圧子観察用カメラ９１、９２を備える。この圧子観察用カメラ９１、９２は、載置台３２とターレット４０の間に、載置台３２の移動を妨げないように、試料１００の表面と圧子４１の昇降する上下方向の移動範囲が撮影視野内となる高さ位置に配置される。圧子観察用カメラ９１、９２は、例えば、テーブル３１の上部に立設された支持部材（図示せず）により支持された状態で配置される。なお、圧子観察用カメラ９１、９２を支持する支持部材は、圧子観察用カメラ９１、９２を所定の位置に固定しうるものであれば、接続部５３を構成する部材に配設してもよい。圧子観察用カメラ９１、９２は、ＣＣＤカメラであり、圧子４１の移動方向と交差する側方の２方向から、試料１００に圧子４１が押し込まれる様子を撮影する。圧子観察用カメラ９１、９２は、それぞれパーソナルコンピュータ５０に接続されており、撮影により取得された試料１００および圧子４１の拡大された画像が、表示部５５に表示される。

図３は、ターレット４０に支持された圧子４１、４７および対物レンズ４２、４３の配置と、圧子観察用カメラ９１、９２の配置を示す説明図である。なお、この図３においては、圧子４１が図１に示す試料１００と対向する位置に配置されている場合を示す。

ターレット４０には、載置台３２上に載置された試料１００に押し込まれる圧子４１、４７が配置されている。さらに、ターレット４０には、５倍の対物レンズ４２、４０倍の対物レンズ４３、とが配設されている。これらの圧子４１、４７および対物レンズ４２、４３は、ターレット４０の回転軸Ｃを中心とした円上に配置されている。試料１００に形成されたくぼみのサイズにより、これらの対物レンズ４２、４３が選択的に使用される。なお、対物レンズ４２、４３の倍率および配設個数はこれに限定されるものではない。

圧子観察用カメラ９１、９２は、試料１００に圧子４１が押し込まれるときの様子を２方向から撮影するために、圧子４１が昇降する移動方向（負荷軸Ｓに沿った方向、すなわち鉛直方向）に交差する方向（すなわち水平方向）であって、試料１００と圧子４１の側方となる位置に配置され、その方向から撮影する。このとき、試料１００の表面と圧子４１の昇降するときの移動域を撮影視野とするように圧子観察用カメラ９１、９２の調整が行われる。圧子観察用カメラ９１と圧子観察用カメラ９２とは、圧子４１に試験力を与える負荷軸Ｓを中心に互いの撮影軸ａ１、ａ２が直交する位置関係にあり、圧子観察用カメラ９１の撮影軸ａ１と圧子観察用カメラ９２の撮影軸ａ２とが、ターレット４０の回転軸Ｃと負荷軸Ｓを結ぶ線に対して４５度の角度をもって配置される。

図４は、圧子４１、４７に対して試験力を付与するための負荷機構と、試料１００に形成されたくぼみを観察するための光学系の概要図である。なお、図４は、図３において一点鎖線で示す位置における断面を示している。

この硬さ試験機は、くぼみ観察部５１に圧子４１、４７の先端を試料１００に対して押し込むための試験力を圧子４１、４７に対して付与する負荷機構と、載置台３２上に載置された試料１００を照明するとともにくぼみを観察するための光学系とを備える。

図４に示すように、ターレット４０は、軸筒４８がベアリング４９を介して回転軸Ｃに接続されており、ツマミ４６を操作することにより、あるいは、図示を省略したモータの駆動により、鉛直方向を向く回転軸Ｃを中心に回転する。図４においては、ターレット４０の回転により圧子軸８６を介して圧子４１に試験力が与えられる場合、すなわち、圧子４１が図１に示す試料１００と対向する位置に配置されている場合を示している。圧子４７に対して試験力を付与する場合には、圧子４７が、図４に示す圧子４１の位置に配置される。

負荷機構は、水平方向を向く軸８１を中心に揺動可能なレバー８２を備える。レバー８２には、中空の押圧部８５が配設されている。この押圧部８５は、レバー８２の揺動に伴って、圧子４１に接続された圧子軸８６の端部に付設された当接部８７を押圧する構成となっている。また、レバー８２の一端には、このレバー８２の揺動に伴って移動する圧子軸８６の移動量を検出する差動トランス式の変位検出機構６０が接続されている。なお、この変位検出機構６０は、試料１００の表面の検出に使用される。すなわち、圧子４１を極めて小さい力で下降させたときの移動量を常に検出し、圧子４１の移動が停止したときに圧子４１の先端が試料１００の表面と当接したと判断している。

レバー８２の他端には、永久磁石８３が付設されている。この永久磁石８３の外部には、電磁コイル８４が配設されている。この永久磁石８３と電磁コイル８４とにより、ボイスコイルモータが構成される。このボイスコイルモータは、電磁式の負荷機構となり、電磁コイル８４に流れる電流を制御することにより、圧子軸８６の先端に配設された圧子４１による試料１００への試験力を制御することが可能となる。

圧子軸８６は、上下の板バネ６１を、板バネ支持部６２を介してターレット４０に接続したロバーバル構造により支持されており、負荷機構により与えられた試験力に応じて昇降可能となっている。圧子軸８６に対して圧子は着脱可能であり、必要に応じて圧子軸８６の先端に取り付けられる圧子は交換される。

光学系は、ＬＥＤ光源７１と、ＬＥＤ光源７１からの光を水平方向に導く光筒７２と、試料１００を上から照明するために光筒７２により導かれた光を押圧部８５の中空部に導光するとともに、試料１００の表面からの反射光を表面観察用カメラ３７側に透過させるハーフミラー７３と、ハーフミラー７３を透過した試料１００の表面からの反射光を接眼レンズ３６および表面観察用カメラ３７に分割するハーフミラー７４とを備える。対物レンズ４３が図４における圧子軸８６の位置、すなわち試料１００に形成されたくぼみの観察位置に配置された場合には、試料１００の表面からの反射光が、対物レンズ４３、押圧部８５の中空部、ハーフミラー７３、７４を介して、接眼レンズ３６および表面観察用カメラ３７に入射する。これにより、接眼レンズ３６により試料１００の拡大像を観察することができるとともに、表面観察用カメラ３７により撮影した拡大像を表示部５５に表示することができる。その他の対物レンズ４２がくぼみの観察位置に配置された場合も、対物レンズ４３による場合と同様である。

図５は、この発明に係る硬さ試験機の主要な制御系を示すブロック図である。

この硬さ試験機は、試験機本体内に試験機の動作を制御する試験機制御部８０を備える。この試験機制御部８０には、入力表示部３９、ＬＥＤ光源７１、変位検出機構６０、電磁コイル８４、パーソナルコンピュータ５０の本体５６が接続されている。

パーソナルコンピュータ５０の本体５６には、入力手段であるキーボード５７やマウス５８と、表示部５５が接続され、さらに、表面観察用カメラ３７、圧子観察用カメラ９１、９２が接続されている。本体５６内には、制御部９０と記憶部９９が設けられている。そして制御部９０は、機能的構成として、圧子観察用カメラ９１、９２から入力された撮影画像を処理する画像処理部９５と、表示部５５への表示態様を制御するための表示制御部９８を備える。さらに、画像処理部９５は、圧子観察用カメラ９１、９２から入力された２方向からの画像から試料１００に押し込まれた圧子４１の傾きを算出する傾き算出部９６と、そのときの圧子４１の降下速度を算出する速度算出部９７を備える。

記憶部９９は、キーボード５７やマウス５８を介して入力された圧子４１の傾きの許容範囲と、圧子４１の降下速度の許容範囲を記憶する。

以上のような構成を有する硬さ試験機において、ビッカース試験を実行する場合について説明する。図６は、表示部５５に表示されるオペレータへの圧子降下時の圧子４１の傾きの表示例を示す説明図である。

まず、オペレータは、キーボード５７およびマウス５８を利用して、ビッカース圧子である圧子４１の傾きの許容範囲および圧子４１の降下速度の許容範囲を入力する。この傾きの許容範囲および降下速度の許容範囲は、ビッカース試験におけるくぼみ面積の算出やそれを基に算出される硬度値の精度への影響が小さく誤差範囲と扱っても支障がない範囲である。なお、傾きの許容範囲および降下速度の許容範囲は、試験の種別やその時の試験力によって変更される。したがって、同じ圧子を用いた同種の試験を同じ試験力で繰り返し実行する場合には、途中で試料１００を交換した場合でも、このようなオペレータによる入力作業は省略することができる。

載置台３２に試料１００を載置し、圧子４１を試料１００と対向する位置に配置する。載置台３２の高さおよび前後左右の位置が調整され、試料１００における試験位置への位置決めが完了すると、圧子４１を適当な試験力で試料１００に押し込むために試験が開始される。そして、圧子４１が負荷機構の作用により降下していく様子は、圧子観察用カメラ９１、９２により撮影される。圧子観察用カメラ９１、９２により所定のフレーム間隔で収集された画像は、動画として表示部５５に表示されるとともに、記憶部９９に保存される。

圧子観察用カメラ９１、９２により得られ、記憶部９９に記憶された異なる２方向から撮影された画像は、画像処理部９５に入力される。それぞれの方向からの画像は、負荷軸線で交わる２つの平面での試料１００に対する圧子４１の位置を捉えるものであり、これらの画像に基づいて、傾き算出部９６により圧子４１の傾きが算出される。

表示部５５には、図１において紙面左側の圧子観察用カメラ９１の撮影画像を表示枠Ｌに、紙面右側の圧子観察用カメラ９２の撮影画像を表示枠Ｒにそれぞれ表示する。各表示枠Ｌ、Ｒには、試料１００の平面に対する垂直線Ｐ（図６に一点鎖線で示す）が表示される。この垂直線Ｐは、例えば、試料１００の表面からの垂線であって、例えば、変位検出機構６０により圧子４１が試料１００の表面に当接したと検出されたときの圧子４１の先端位置を通る直線として描かれる。

傾き算出部９６は、所定の時間、例えば、負荷機構の動作が開始し圧子４１が降下を始めてから試料１００の表面に当接するまでの時間の動画の各フレームについて画像処理を実行することにより、各フレームの圧子４１の先端位置を所定の時間での圧子４１の先端の軌跡ｃ１、ｃ２（図６に破線で示す）として得る。この軌跡ｃ１、ｃ２は、表示制御部９８の作用により、適宜、表示部５５の表示枠Ｌ、Ｒ内にそれぞれ表示される。そして、表示枠Ｌの圧子４１の先端の軌跡ｃ１と垂直線Ｐとの間の角度θ１が算出されるとともに、表示枠Ｒの圧子４１の先端の軌跡ｃ２と垂直線Ｐとの間の角度θ２が算出される。軌跡ｃ１、ｃ２から求められる傾きは、圧子の駆動される方向が傾いているのであるから、圧子に試験力を負荷する負荷機構の構成部材の傾きを表している。

このとき、圧子４１の先端位置は、圧子４１の輪郭から計算により求める。すなわち、ビッカース圧子は対面角１３６度の四角錐であるから、画像処理により試料１００の表面に向かう圧子４１の輪郭を認識させ、１３６度を形成する輪郭線の交点を、圧子４１の傾きを計算する際の先端位置としている。なお、圧子４１の先端位置は、圧子４１の輪郭認識による計算によらず、オペレータがマウス５８を用いて指定した圧子４１の先端付近の位置としてもよい。

傾き算出部９６で求められた、角度θ１と角度θ２は、表示部５５に表示されるとともに、許容範囲を超えている場合には、例えば、表示部５５における角度の表示色を変更するなどして、オペレータに対してよりわかりやすく提示する。角度θ１と角度θ２のどちらか一方でも許容範囲を超えている場合には、負荷機構の圧子軸８６の取り付け不良などが疑われ、オペレータはメンテナンスが必要であることを理解することができる。

図７は、圧子４１の輪郭から圧子４１の傾きを求める場合の説明図である。図７（ａ）は、圧子４１が試料１００の表面に対して傾いていない場合を示し、図７（ｂ）は、圧子４１が試料１００の表面に対して傾いている場合を示す。

試験を実行すると、圧子４１は、予め試料１００の表面に圧子４１の目標打点として設定された試験位置に向けて降下する。なお、図７においては、１３６度を形成する輪郭線ｔ１、ｔ２の交点を、圧子４１の先端としている。また、図７中に一点鎖線で示す垂直線Ｐは、試料１００の表面の試験位置からの垂線としている。

負荷機構の圧子軸８６に傾きがなく、圧子４１が圧子軸８６に正常に取り付けられおり、圧子４１が試料１００の表面に対して垂直に降下している場合は、図７（ａ）に示すように、垂直線Ｐは試験の負荷軸（試験力が作用する方向）と一致し、圧子４１の先端は、予め試料１００の表面に設定された試験位置に当接する。このときの圧子４１の先端の輪郭を表す輪郭線ｔ１、ｔ２（図７に太線で示す）と、垂直線Ｐとの交差角度は、互いに等しい角度となる。そして、圧子４１におけるダイヤモンドの四角錐先端を保持する保持部側面の輪郭線ｔ３は、試料１００の表面に直交する。

一方で、圧子４１が圧子軸８６に傾いた状態で取り付けられていた場合には、図７（ｂ）に示すように、垂直線Ｐは試験の負荷軸と一致せず、圧子４１の先端は、予め試料１００の表面に設定された試験位置とはずれた位置に当接する。このときの圧子４１の先端の輪郭を表す輪郭線ｔ１、ｔ２と、垂直線Ｐとの交差角度は、互いに異なる角度となる。また、圧子４１の先端を通る圧子４１の中心軸Ｑ（図７に破線で示す）と、垂直線Ｐとの間に、角度が生じる。そして、圧子４１におけるダイヤモンドの四角錐先端を保持する保持部側面の輪郭線ｔ３は、試料１００の表面に直交しなくなる。傾き算出部９６は、輪郭線ｔ１、ｔ２、によって定められた圧子４１の先端を通る中心軸Ｑの傾き角度、あるいは、輪郭線ｔ３の試料１００の表面に対する角度を、圧子４１の傾きとして算出する。この傾きは、圧子の取り付け姿勢そのものが傾いているのであるから、圧子の取付軸の傾きを表している。なお、図７では、説明の便宜上、圧子４１と試料１００の１方向からの側方の画像を示しているが、圧子４１の傾きは、２方向からの画像について、傾き算出部９６によりそれぞれ算出される。

傾き算出部９６により算出された傾き角度が許容範囲を超えており、圧子４１の傾きの原因が、圧子４１の圧子軸８６への取付不良、すなわち、圧子４１の取付軸の傾きに起因している場合には、オペレータは圧子４１の取り付け作業をやり直すことになる。

圧子４１が負荷機構の作用により降下していくときの速度は、画像中の軌跡ｃ１、軌跡ｃ２の単位時間当たりの延伸距離を利用して速度算出部９７において算出され、表示部５５に逐次表示される。試験中に硬さ試験機に外部からの振動が加わったときや、負荷機構の構成部材の接続に不具合が生じている場合には、圧子４１が降下する途中で、急激に速度が遅くなったり、速くなったりする速度変化が起こる。この発明の硬さ試験機では、表示制御部９８の作用により、試験中の圧子４１の降下速度を速度表示枠１０１内に表示する（図６参照）とともに、圧子４１の降下速度が許容範囲を超えて遅くなったり速くなったりした場合には、速度の表示色を変更して表示する。このため、オペレータは試験中の圧子４１の降下速度を監視することができ、圧子４１が円滑に降下しているかどうかを簡便に判別することができる。

圧子４１が円滑に降下していないときは、オペレータは、それが外部環境要因によるものか、負荷機構の構成部材の不具合によるものか、原因に応じて、装置の設置場所の移動やメンテナンスを行うことになる。また、この実施形態では、変位検出機構６０を備えることから、圧子４１の単位時間当たりの移動距離から降下速度を算出してもよい。なお、速度算出部９７における降下速度の算出を、圧子観察用カメラ９１、９２により取得した画像に対して画像処理を行うことにより実行することで、変位検出機構６０を備えていない硬さ試験機でも、圧子４１の降下速度を算出することが可能である。

図６の表示例では、２方向から取得した圧子４１と試料１００と画像を表示する表示例を示したが、この発明の硬さ試験機では、２方向からの画像から計算により圧子４１の傾き方向を求めることも可能であるから、３次元的な傾き方向と角度を表示部５５に表示するようにしてもよい。この発明の硬さ試験機では、圧子が試料に対して垂直かつ円滑に降下しているかどうかを直接的かつ定量的に確認することが可能となることから、負荷機構を構成する部品等の不具合を早期に発見することができ、正確な硬さ試験を実行することが可能となる。

１本体部
２１表示部
２２入力部
２３筐体部
２７画像表示領域
２８操作案内表示領域
３１テーブル
３２載置台
３３ツマミ
３４ツマミ
３５昇降ハンドル
３６接眼レンズ
３７表面観察用カメラ
３９入力表示部
４０ターレット
４１圧子
４２対物レンズ
４３対物レンズ
４７圧子
５０パーソナルコンピュータ
５１くぼみ観察部
５２載置部
５３接続部
５４開口部
５５表示部
５６本体
６０変位検出機構
６２板バネ支持部
８０試験機制御部
８５押圧部
８６圧子軸
９０制御部
９１圧子観察用カメラ
９２圧子観察用カメラ
９５画像処理部
９６傾き算出部
９７速度算出部
９８表示制御部
９９記憶部
１００試料
１０１速度表示枠
Ｃ回転軸

Claims

試料を載置する載置台と、
前記載置台を移動させる移動機構と、
前記試料の表面にくぼみを形成するための圧子と、
前記圧子を前記試料に押し付けるときに前記圧子に試験力を付与する負荷機構と、
前記試料の表面を上方から観察するための対物レンズと、
前記圧子および前記対物レンズを支持するとともに、前記圧子または前記対物レンズのいずれかを前記試料の表面と対向する位置に移動させる切替部材と、
前記圧子と前記試料とを前記圧子の移動方向と交差する側方の少なくとも２方向から撮影する複数の圧子観察用カメラと、
前記複数の圧子観察用カメラにより取得した画像を表示するための表示部と、
を備えたことを特徴とする硬さ試験機。
請求項１に記載の硬さ試験機において、
前記複数の圧子観察用カメラにより、前記圧子と前記試料との少なくとも２方向からの側方の画像から、前記圧子の傾きを算出する傾き算出部と、
前記傾き算出部により算出された傾きを前記表示部に表示する表示制御部と、
を備える硬さ試験機。
請求項２に記載された硬さ試験機において、
前記圧子の傾きの許容範囲を入力する入力手段と、
前記傾きの許容範囲を記憶する記憶部と、を備え、
前記表示制御部は、前記傾き算出部が算出した前記圧子の傾きが、前記記憶部に記憶された前記傾きの許容範囲を超えているか否かを、前記表示部に表示する硬さ試験機。
請求項２に記載の硬さ試験機において、
前記傾き算出部は、画像における前記圧子の輪郭から前記圧子の取付軸の傾きに起因する圧子の傾きを算出する硬さ試験機。
請求項２に記載の硬さ試験機において、
前記傾き算出部は、複数の画像における前記圧子の先端付近の所定の位置の移動軌跡から、前記圧子に試験力を負荷する負荷機構の構成部材の傾きに起因する圧子の傾きを算出する硬さ試験機。
請求項２に記載の硬さ試験機において、
前記圧子を前記試料の表面に押し付けるときの前記圧子の降下速度を算出する速度算出部を備え、
前記表示制御部は、前記速度算出部により算出された前記降下速度を前記表示部に表示する硬さ試験機。
請求項６に記載の硬さ試験機において、
前記降下速度の許容範囲を入力する入力手段と、
前記降下速度の許容範囲を記憶する記憶部と、を備え
前記表示制御部は、前記速度算出部が算出した前記圧子の降下速度が、前記記憶部に記憶された前記降下速度の許容範囲を超えているか否かを、前記表示部に表示する硬さ試験機。